Technologie, die komplexe molekulare Wechselwirkungen simuliert, könnte zu besseren Behandlungen von Krebs und COVID-19 führen

Ein Team unter der Leitung von biomedizinischen Ingenieuren der University of Minnesota Twin Cities hat eine universell zugängliche Anwendung entwickelt, die komplexe molekulare Wechselwirkungen simulieren kann, die es Forschern ermöglichen wird, bessere Behandlungen für Krankheiten wie Krebs und COVID-19 zu entwickeln.

Das Papier baut auf einer Studie auf, die die Forscher im Jahr 2019 veröffentlicht haben. Jetzt haben sie die Technologie erweitert, um noch komplexere molekulare Wechselwirkungen zu simulieren, die Anwendung für Nicht-Experten einfach zu machen und ihre Erkenntnisse anzuwenden, um Licht ins Dunkel der SARS zu bringen -CoV-2-Virus infiziert den Körper.

Die Studie ist erschienen in Naturkommunikationund die App namens MVsim ist für andere Forscher auf GitHub frei verfügbar.

Der Simulator sagt die Stärke, Geschwindigkeit und Selektivität multivalenter Wechselwirkungen voraus, an denen Moleküle mit mehreren Bindungsstellen beteiligt sind und die zur Entwicklung von Medikamenten gegen Krankheiten, insbesondere Krebs und COVID-19, verwendet werden können.

„Multivalente Wechselwirkungen sind in natürlichen biologischen Systemen wirklich wichtig, und sie werden jetzt allmählich kreativ genutzt, um neue therapeutische Medikamente zu entwickeln, die ihre einzigartigen Bindungseigenschaften nutzen“, sagte Casim Sarkar, leitender Autor der Veröffentlichung und Professor an der University of Minnesota Institut für Biomedizinische Technik.

„Mit multivalenten Medikamenten kann man Zellen im Prinzip sehr spezifisch auf eine Weise ansprechen, die mit monovalenten Standardmedikamenten nicht möglich ist, aber es gibt viele Variablen, die bei ihrem Design zu berücksichtigen sind, und ein Großteil der bisherigen Arbeit auf diesem Gebiet wurde geleistet durch experimentelles Ausprobieren“, fügte Sarkar hinzu. „Mit MVsim sind wir jetzt in der Lage, gute Vorhersagen zu treffen, die für eine rationalere Gestaltung solcher Therapeutika verwendet werden können.“

Viele Krebsmedikamente binden nicht nur an Tumorzellen, sondern auch an Zellen, auf die sie nicht abzielen sollen, was für den Patienten oft unerwünschte Nebenwirkungen hat. Durch die Optimierung der Spezifität multivalenter Wechselwirkungen mit MVsim können Forscher Medikamente entwickeln, die gezielter auf die Zellen in einem Tumor abzielen und gleichzeitig die Bindung an andere Zellen im Körper minimieren.

Ein weiteres Beispiel ist das Virus SARS-CoV-2. Wissenschaftler wissen, dass sich das Virus weiterentwickelt, um unsere Zellen besser zu infizieren und unserem Immunsystem zu entgehen, aber die molekularen Mechanismen, die dahinterstehen, wie das Virus dies tut, sind relativ unbekannt. Mithilfe ihrer MVsim-Technologie konnten die Forscher der University of Minnesota diesen Prozess eingehender untersuchen und die Geschwindigkeiten aufdecken, mit denen einzelne Bindungsdomänen innerhalb des multivalenten Spike-Proteins des Virus zwischen einem zellinfizierenden Zustand und einem immunvermeidenden Zustand wechseln.

„Wir haben im Wesentlichen ein Computermikroskop, mit dem wir unter die Haube schauen und sehen können, was multivalente Proteine ​​wie das SARS-CoV-2-Spike-Protein auf molekularer Ebene tun“, erklärte Sarkar. „Dieses Maß an molekularen Details ist mit einem physikalischen Experiment schwer zu erfassen. Eine der wahren Stärken von MVsim besteht darin, dass wir nicht nur mehr über die Funktionsweise dieser Systeme erfahren, sondern dieses Tool auch verwenden können, um neue multivalente Wechselwirkungen für Krankheiten wie zu entwerfen Krebs und COVID-19.“

Die Forscher haben bereits mögliche Möglichkeiten zur Begrenzung der Infektiosität aktueller und zukünftiger SARS-CoV-2-Varianten identifiziert, die sie bald testen wollen.